JP2000091664A

JP2000091664A - 磁気デバイス

Info

Publication number: JP2000091664A
Application number: JP10253144A
Authority: JP
Inventors: Haruki Yamane; 治起山根
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-31
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: JP3705702B2

Abstract

(57)【要約】【課題】巨大磁気抵抗効果および磁気トンネリング効
果を利用して、従来に無い新しい能動的デバイスを提供
する。【解決手段】磁気トンネル効果素子１０は、絶縁体層
１２によって分離された第１強磁性体層１４および第２
強磁性体層１６を含む。第１強磁性体層と接触した状態
で反強磁性体層２０が設けられる。この反強磁性体層に
より、第１強磁性体層の磁化が１つの方向に固定され
る。第２強磁性体層の磁化の方向は外部から印加される
磁界に応じて変化可能である。絶縁体層中に非磁性金属
層１８が挿入されている。この非磁性金属層に電気信号
を入力して磁界を発生させ、第２強磁性体層の磁化を制
御する。第２強磁性体層の磁化方向に応じて、第１およ
び第２強磁性体層間の抵抗が変化するため、第１および
第２強磁性体層間の電圧を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気トンネリン
グ効果あるいは巨大磁気抵抗効果を利用した磁気デバイ
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】巨大磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効
果型センサの例が、文献１「特開平６−１１１２５２」
や文献２「特開平５−１１４７６１」に開示されてい
る。文献１に開示の磁気抵抗効果型センサの構造では、
反強磁性体層、第１強磁性体層、非磁性体層および第２
強磁性体層が順次に積層する。反強磁性体層は、交換バ
イアス磁界を発生させて第１強磁性体層の磁化を固定す
るものである。文献２に開示の磁気抵抗効果型センサで
は、第１強磁性体層、非磁性体層および第２強磁性体層
が順次に積層する。第１強磁性体層の保磁力を、第２強
磁性体層の保磁力に比べて大きくしてあるため、反強磁
性体層が不要である。

【０００３】これら磁気抵抗効果型センサでは、第１強
磁性体層の磁化の向きが固定されており、第２強磁性体
層の磁化が外部の磁界に応じて自在に向きを変える。こ
の場合、両者の磁化のなす角度に応じて、これら各層中
の伝導電子のスピン散乱の割合が変化する。従って、磁
気抵抗効果型センサの電気抵抗値は外部から加えられる
磁界に応答して変化する。

【０００４】このように、磁気抵抗効果型センサを用い
ると、外部磁化の変化を電気抵抗値の変化として検出す
ることができる。通常の磁気抵抗効果型センサの検出感
度は、第２強磁性体層の磁気特性によって決定される。
一般に、第２強磁性体層としては軟磁気特性の優れた材
料が用いられる。

【０００５】また、磁界の印加に伴って抵抗が変化する
現象としては、巨大磁気抵抗効果の他にも磁気トンネリ
ング効果が知られており（文献３「日本応用磁気学会誌
１９，ｐ３６９，１９９５」参照）、磁気センサへの
応用が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、巨大磁
気抵抗効果および磁気トンネリング効果を利用した磁気
デバイスとしては、受動的デバイスである磁気センサへ
の応用が一般的である。しかしながら、制御機能を有す
る能動的デバイスに関する応用については、これまでに
例が無い。

【０００７】従って、この発明では、巨大磁気抵抗効果
および磁気トンネリング効果を利用して、従来に無い新
しい能動的デバイスを提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の磁気
デバイスによれば、磁気トンネル効果素子を用いた磁気
デバイスであって、この磁気トンネル効果素子は、絶縁
体層によって分離された第１および第２強磁性体層を含
み、この第１強磁性体層の磁化が１つの方向に固定さ
れ、第２強磁性体層の磁化の方向が印加される磁界に応
じて変化可能であり、これら第１および第２強磁性体層
の各磁化方向の相対的な角度に応じて、これら第１およ
び第２強磁性体層間が異なる抵抗を示すものであり、絶
縁体層中に非磁性金属層が挿入されており、この非磁性
金属層を流れる電気信号により上述の磁界を発生させ、
第１および第２強磁性体層間の電圧あるいは電流を制御
することを特徴とする。

【０００９】このように、非磁性金属層に流れる電気信
号が磁界を発生させ、その磁界により第２強磁性体層の
磁化が制御される。第１強磁性体層の磁化は固定されて
いるので、電気信号に応じて第１および第２強磁性体層
間の電気抵抗が変化する。従って、この磁気デバイスに
よれば、第１および第２強磁性体層間の電圧あるいは電
流を制御することができる。

【００１０】この発明の磁気デバイスにおいて、好まし
くは、電気信号により発生する磁界の方向が、第２強磁
性体層中において当該第２強磁性体層の磁化容易軸に沿
った方向であると良い。

【００１１】このように、第２強磁性体層の磁化容易軸
に沿って磁界が印加されるので、第２強磁性体層の磁化
が、第１強磁性体層の磁化と同じ向きの状態と、第１強
磁性体層の磁化と逆向きの状態とで、切り替わるように
構成できる。すなわち、電気信号の高低あるいは電流の
向きに応じて、低抵抗状態と高抵抗状態とを示す磁気デ
バイスが得られる。

【００１２】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、磁気トンネル効果素子は、交換バイアス磁
界によって、第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する
反強磁性体層を含むと良い。

【００１３】このように、反強磁性体層の交換バイアス
磁界を利用して、第１強磁性体層の磁化を固定するのが
好適である。

【００１４】あるいは、また、第１強磁性体層の保磁力
が、第２強磁性体層の保磁力よりも大きくなるように構
成すると良い。

【００１５】このように構成するので、印加する磁界の
大きさが適当であれば、第１強磁性体層の磁化は固定し
た状態で、第２強磁性体層の磁化だけを変化させること
ができる。この構成によれば、反強磁性体層が不要であ
るから構造が簡略化される。

【００１６】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、磁気トンネル効果素子にバイアス電流層を
設けてあり、このバイアス電流層に交流電流を印加する
ための交流電源を具え、この交流電流により発生するバ
イアス磁界が第２強磁性体層に印加されるように構成す
ると良い。

【００１７】このように、バイアス磁界が第２強磁性体
層に印加されるので、非磁性体層に流れる電気信号が微
弱な場合であっても、電圧制御が可能である。

【００１８】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、バイアス磁界は、第２強磁性体層中におい
て当該第２強磁性体層の磁化容易軸に沿った方向とな
り、かつ、第１および第２強磁性体層の磁化に対して非
影響的な大きさであると良い。

【００１９】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、磁気トンネル効果素子は、交換バイアス磁
界によって、第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する
反強磁性体層を含むと良い。

【００２０】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、磁気トンネル効果素子は、交換バイアス磁
界によって、第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する
絶縁性の反強磁性体層を含むと良い。

【００２１】このように構成してあるので、絶縁性の反
強磁性体層上にバイアス電流層を設けることができ、素
子構成が簡略化される。

【００２２】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、第１強磁性体層の保磁力が、第２強磁性体
層の保磁力よりも大きいと良い。

【００２３】次に、この発明の磁気デバイスによれば、
巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気デバイスであって、
この巨大磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層によって分
離された第１および第２強磁性体層を含み、第１強磁性
体層の磁化が１つの方向に固定され、第２強磁性体層の
磁化の方向が印加される磁界に応じて変化可能であり、
これら第１および第２強磁性体層の各磁化方向の相対的
な角度に応じて異なる抵抗値を示すものであり、非磁性
金属層が、巨大磁気抵抗効果素子を構成する他の層に比
較して抵抗値が低い材料で構成されており、この非磁性
金属層を流れる電気信号により上述の磁界を発生させ、
巨大磁気抵抗効果素子に印加される電流あるいは電圧を
制御することを特徴とする。

【００２４】このように、非磁性金属層に流れる電気信
号が磁界を発生させ、その磁界により第２強磁性体層の
磁化が制御される。第１強磁性体層の磁化は固定されて
いるので、電気信号に応じて巨大磁気抵抗効果素子の電
気抵抗が変化する。従って、この磁気デバイスによれ
ば、巨大磁気抵抗効果素子に印加される電圧あるいは電
流を制御することができる。

【００２５】この発明の磁気デバイスにおいて、好まし
くは、電気信号により発生する磁界の方向が、第２強磁
性体層中において当該第２強磁性体層の磁化容易軸に沿
った方向であるのが良い。

【００２６】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、巨大磁気抵抗効果素子は、交換バイアス磁
界によって、第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する
反強磁性体層を含むと良い。

【００２７】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、第１強磁性体層の保磁力が、第２強磁性体
層の保磁力よりも大きいと良い。

【００２８】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、巨大磁気抵抗効果素子にバイアス電流層を
設けてあり、このバイアス電流層に交流電流を印加する
ための交流電源を具え、交流電流により発生するバイア
ス磁界が第２強磁性体層に印加されると良い。

【００２９】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、バイアス磁界は、第２強磁性体層中におい
て当該第２強磁性体層の磁化容易軸に沿った方向とな
り、かつ、第１および第２強磁性体層の磁化に対して非
影響的な大きさであるのが良い。

【００３０】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、巨大磁気抵抗効果素子は、交換バイアス磁
界によって、第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する
反強磁性体層を含むと良い。

【００３１】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、巨大磁気抵抗効果素子は、交換バイアス磁
界によって、第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する
絶縁性の反強磁性体層を含むと良い。

【００３２】また、この発明の磁気デバイスにおいて、
好ましくは、第１強磁性体層の保磁力が、第２強磁性体
層の保磁力よりも大きいと良い。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明の構成
および配置関係が理解できる程度に概略的に示されてい
るに過ぎない。また、以下に記載される数値等の条件や
材料は単なる一例に過ぎない。従って、この発明は、こ
の実施の形態に何ら限定されることがない。

【００３４】第１から第５の実施の形態では、磁気トン
ネル効果素子を用いた電圧制御デバイスを例にして実施
の形態の磁気デバイスの説明を行う。

【００３５】〔第１の実施の形態〕図１は、電圧制御デ
バイスの第１構成を示す図である。図１（Ｂ）は、電圧
制御デバイスの平面構成を示す図であり、図１（Ａ）
は、図１（Ｂ）のＩ−Ｉ線の位置で切った切り口の断面
を示す図である。

【００３６】この実施の形態の電圧制御デバイスには、
磁気トンネル効果素子（以下、ＴＭＲ素子と略称す
る。）１０が用いられている。このＴＭＲ素子１０は、
絶縁体層１２によって分離された第１強磁性体層１４お
よび第２強磁性体層１６を含む構造を有している。

【００３７】また、第１強磁性体層１４と接触するよう
に反強磁性体層２０が設けられている。この反強磁性体
層２０で発生する交換バイアス磁界により交換結合が生
じて、第１強磁性体層１４の磁化が１つの方向に固定さ
れる。一方、第２強磁性体層１６の磁化の方向は外部か
ら印加される磁界に応じて変化可能である。磁気トンネ
リング効果により、第１強磁性体層１４および第２強磁
性体層１６間の電気抵抗は、これら第１強磁性体層１４
および第２強磁性体層１６の各磁化方向の相対的な角度
に応じて異なる。従って、第２強磁性体層１６の磁化に
より、上述の電気抵抗を制御することが可能である。

【００３８】この実施の形態例の特徴的構成の一つは、
絶縁体層１２中に非磁性金属層１８が挿入されている点
にある。非磁性金属層１８は、第１強磁性体層１４およ
び第２強磁性体層１６の双方に接触しないように、これ
らの間に設けられる。図１（Ａ）に示す断面構成では、
非磁性金属層１８を挿入したために、絶縁体層１２が２
つの絶縁体層１２ａおよび１２ｂに分離されている。図
１（Ａ）に示すように、ＴＭＲ素子１０は、反強磁性体
層２０、第１強磁性体層１４、絶縁体層１２ａ、非磁性
金属層１８、絶縁体層１２ｂおよび第２強磁性体層１６
がこの順序で積層した構成を具えている。

【００３９】この例では、第１強磁性体層１４および第
２強磁性体層１６は共にＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層（以下、
ＮｉＦｅＣｏ層と略称する。）である。また、絶縁体層
１２ａおよび１２ｂはＡｌ₂ Ｏ₃ 層である。非磁性金属
層１８はＣｕ層であり、反強磁性体層２０はＮｉＯ層で
ある。これらＮｉＦｅＣｏ層、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層、Ｃｕ層、
ＮｉＯ層はスパッタ法により形成する。各層の厚さは、
例えば、ＮｉＦｅＣｏ層１４が２．０ｎｍ、ＮｉＦｅＣ
ｏ層１６が１０．０ｎｍ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層１２ａおよび１
２ｂがそれぞれ０．５ｎｍ、Ｃｕ層１８が１０．０ｎ
ｍ、ＮｉＯ層２０が２７．０ｎｍである。各層の堆積を
行った後、フォトリソグラフィ法による微細加工を行
い、各層の平面形状が１μｍ×０．５μｍの長方形形状
となるように整形する（図１（Ｂ））。このとき、第１
強磁性体層１４および第２強磁性体層１６の磁化容易軸
の方向が長辺方向（長さ１μｍの辺が延在する方向であ
り、図中のａ方向に相当する。）と一致するように、微
細加工を行っている。

【００４０】図２は、ＴＭＲ素子１０の磁気トンネリン
グ特性を示すグラフである。グラフの横軸は、ＴＭＲ素
子１０に印加される磁界の強度である。磁界はエルステ
ッド（Ｏｅ）単位で表し、−４０Ｏｅから４０Ｏｅの範
囲を１０Ｏｅごとに目盛って示してある。尚、磁界の正
負は、第１強磁性体層１４の磁化の向きを基準にして定
めてある。

【００４１】また、グラフの縦軸は、ＴＭＲ素子１０の
電気抵抗値の増加率を示す。この増加率を％表示で示
し、０．０％〜２．５％の範囲を０．５％ごとに目盛っ
て示してある。この電気抵抗値は、第１強磁性体層１４
と第２強磁性体層１６との間の電気抵抗値に相当する。
抵抗の増加率は、第１強磁性体層１４の磁化の向きと第
２強磁性体層１６の磁化の向きとが同じときを基準すな
わち０％としてある。このときのＴＭＲ素子１０の抵抗
値は、約５０Ωであった。

【００４２】図２に示す測定結果は、第１強磁性体層１
４と第２強磁性体層１６との間に電圧を印加して得たも
のである。各測定データはグラフ中に白丸記号で示して
ある。測定の開始前に予め−５００Ｏｅ以下の磁界を印
加することにより、第１強磁性体層１４の磁化の向きを
固定する。そして、−４０Ｏｅから４０Ｏｅの範囲の低
磁界を印加しながら、電気抵抗を測定する。

【００４３】図２に示すように、ＴＭＲ素子１０の磁気
トンネリング特性はヒステリシス特性を示す。電気抵抗
は、２０Ｏｅ程度の大きさの磁界が印加されるときに、
低抵抗状態（０．２％程度）から高抵抗状態（２．１％
程度）へと変化する。また、−１０Ｏｅ程度の大きさの
磁界が印加されるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へ
と変化する。

【００４４】以上説明したように、ＴＭＲ素子１０は、
印加される磁界に応じて電気抵抗が変化する。そして、
このＴＭＲ素子１０を利用した電圧制御デバイスによれ
ば、非磁性金属層１８を具えており、この非磁性金属層
１８に電気信号を入力して磁界を発生させ、第２強磁性
体層１６の磁化を制御する。上述したように、第２強磁
性体層１６の磁化方向に応じて、第１強磁性体層１４お
よび第２強磁性体層１６間の抵抗が変化するため、第１
強磁性体層１４および第２強磁性体層１６間の電圧を制
御することができる。

【００４５】このため、非磁性金属層１８に電気信号を
入力するための電極として、入力端子２２およびグラン
ド端子２４が設けられている（図１）。これらの電極
は、非磁性金属層１８に入力する電流が短辺方向（長さ
０．５μｍの辺が延在する方向であり、図中のｂ方向に
相当する。）に流れるように設けられる。この結果、非
磁性金属層１８を流れる電流により発生する磁界の方向
は、第２強磁性体層１６中においてその磁化容易軸に沿
った方向（ａ方向）となる。従って、非磁性金属層１８
中に流れる電流の向きを変えれば、それに応じて、第２
強磁性体層１６の磁化の向きが反転するように構成され
る。

【００４６】また、ＴＭＲ素子１０には、抵抗２６を介
して定電圧電源２８が接続されている。すなわち、第１
強磁性体層１４と第２強磁性体層１６との間に、抵抗２
６および定電圧電源２８が例えば導線により接続されて
いる。また、ＴＭＲ素子１０および抵抗２６間の導線中
に電極を設けてあり、出力端子３０としてある。

【００４７】次に、電圧制御デバイスの動作につき、図
３および図４を参照して説明する。図３は、動作時の磁
化の様子を示す斜視図である。図４は、入出力信号の様
子を示すグラフである。

【００４８】図３（Ａ）には、ＴＭＲ素子１０が低抵抗
状態の場合の磁化の様子が示されている。このとき、第
１強磁性体層１４の磁化３２の向きと第２強磁性体層１
６の磁化３４の向きとが一致している（この状態を平行
状態と称する。）。非磁性金属層１８に入力した電気信
号３６は、図中の左側から右側に向かって流れる。電流
の流れる向きに対して時計回りの方向に磁界３８が発生
し、第２強磁性体層１６の磁化３４を第１強磁性体層１
４の磁化３２と同じ向きに揃える。

【００４９】図３（Ｂ）には、ＴＭＲ素子１０が高抵抗
状態の場合の磁化の様子が示されている。このとき、第
１強磁性体層１４の磁化３２の向きと第２強磁性体層１
６の磁化３４の向きとが逆転した関係になっている（こ
の状態を反平行状態と称する。）。非磁性金属層１８に
入力した電気信号３６は、図中の右側から左側に向かっ
て流れる。電流の流れる向きに対して時計回りの方向に
磁界３８が発生し、第２強磁性体層１６の磁化３４を第
１強磁性体層１４の磁化３２に対して逆の向きにする。

【００５０】図４の上側には、入力端子２２に印加され
る入力電圧の様子（実線ａで示す波形）が示されてい
る。入力電圧は、第２強磁性体層１６の磁化を制御可能
な大きさのパルス波形を示す。この入力電圧の印加に対
応した電流が、上述の電気信号として非磁性金属層１８
に入力される。入力電圧のパルス波形の正負は、ＴＭＲ
素子１０が低抵抗状態となる場合（図３（Ａ）の場合）
を正とし、ＴＭＲ素子１０が高抵抗状態となる場合（図
３（Ｂ）の場合）を負としてある。すなわち、非磁性金
属層１８に流れる電流により発生する磁界が第２強磁性
体層１６中において第１強磁性体層１４の磁化と同じ向
きになる場合を正とし、非磁性金属層１８に流れる電流
により発生する磁界が第２強磁性体層１６中において第
１強磁性体層１４の磁化と逆の向きになる場合を負とす
る。

【００５１】図４の下側には、出力端子３０から検出さ
れる出力電圧の様子（実線ｂで示す波形）が示されてい
る。出力電圧は入力電圧の正負に応じて変化する。入力
端子２２に正の入力電圧が印加されると、ＴＭＲ素子１
０は低抵抗状態となる。従って、第１強磁性体層１４お
よび第２強磁性体層１６間の抵抗が低下して、出力電圧
は低電圧状態（ロー状態）となる。一方、入力端子２２
に負の入力電圧が印加されると、ＴＭＲ素子１０は高抵
抗状態となる。従って、第１強磁性体層１４および第２
強磁性体層１６間の抵抗が増加して、出力電圧は高電圧
状態（ハイ状態）となる。

【００５２】尚、定電圧電源２８により第１強磁性体層
１４および第２強磁性体層１６間に流れる電流は、非磁
性金属層１８を流れる電流と直交する方向に流れる。従
って、これらの電流により発生する磁界の方向も互いに
直交した関係となり、この定電圧電源２８により駆動さ
れる電流が電圧制御デバイスの動作に影響を与えること
はない。

【００５３】以上説明したように、この実施の形態の電
圧制御デバイスによれば、入力電気信号により電圧制御
を行うことが可能である。上述した構成例では、±１０
ｍＶの入力電圧に対して１００ｍＶの電圧制御を行うこ
とができる。このように、比較的簡単な素子構成である
が、微小電気信号に応じて比較的大きな電圧の制御が可
能である。

【００５４】〔第２の実施の形態〕次に、第２の実施の
形態について説明する。第１の実施の形態と重複する構
成については説明を省略する場合がある。

【００５５】図５は、電圧制御デバイスの第２構成を示
す図である。図５（Ｂ）は、電圧制御デバイスの平面構
成を示す図であり、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）のＩ−Ｉ
線の位置で切った切り口の断面を示す図である。

【００５６】この実施の形態の電圧制御デバイスには、
磁気トンネル効果素子（以下、ＴＭＲ素子と略称す
る。）１０ａが用いられる。ＴＭＲ素子１０ａは、絶縁
体層１２によって分離された第１強磁性体層１４および
第２強磁性体層１６を含む構造を有している。

【００５７】また、絶縁体層１２中に非磁性金属層１８
が挿入されている。非磁性金属層１８は、第１強磁性体
層１４および第２強磁性体層１６の双方に接触しないよ
うに、これらの間に設けられる。図５（Ａ）に示す断面
構成では、非磁性金属層１８を挿入したために、絶縁体
層１２が２つの絶縁体層１２ａおよび１２ｂに分離され
ている。図５（Ａ）に示すように、ＴＭＲ素子１０ａ
は、第１強磁性体層１４、絶縁体層１２ａ、非磁性金属
層１８、絶縁体層１２ｂおよび第２強磁性体層１６がこ
の順序で積層した構成を具えている。

【００５８】また、第１強磁性体層１４の保磁力を、第
２強磁性体層１６の保磁力よりも大きくしてある。この
例では、第１強磁性体層１４は、６．０ｎｍの膜厚のＣ
ｏ層である。また、第２強磁性体層１６は、１０．０ｎ
ｍの膜厚のＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層である。このように、
第１強磁性体層１４と第２強磁性体層１６とを異なる材
料で構成し、各々の保磁力が互いに異なるように設計し
てある。よって、第１強磁性体層１４の磁化の向きは一
方向に固定され、外部磁界に応じて第２強磁性体層１６
の磁化だけが自在に向きを変えるように構成することが
できる。

【００５９】また、絶縁体層１２ａおよび１２ｂは、そ
れぞれ０．５ｎｍの膜厚のＡｌ₂ Ｏ₃ 層である。非磁性
金属層１８は、１０．０ｎｍの膜厚のＣｕ層である。こ
れらＮｉＦｅＣｏ層、Ｃｏ層、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層、Ｃｕ層は
スパッタ法により形成する。第１の実施の形態と同様
に、各層の堆積を行った後に、フォトリソグラフィ法に
よる微細加工を行い、各層の平面形状が１μｍ×０．５
μｍの長方形形状となるように整形する（図５
（Ｂ））。このとき、第１強磁性体層１４および第２強
磁性体層１６の磁化容易軸の方向が長辺方向（長さ１μ
ｍの辺が延在する方向であり、図中のａ方向に相当す
る。）と一致するように、微細加工を行っている。

【００６０】そして、非磁性金属層１８に電気信号を入
力するための電極として、入力端子２２およびグランド
端子２４が設けられている（図５）。これらの電極は、
非磁性金属層１８に入力する電流が短辺方向（長さ０．
５μｍの辺が延在する方向であり、図中のｂ方向に相当
する。）に流れるように設けられる。この結果、非磁性
金属層１８を流れる電流により発生する磁界の方向は、
第２強磁性体層１６中においてその磁化容易軸に沿った
方向（ａ方向）となる。

【００６１】また、ＴＭＲ素子１０ａには、抵抗２６を
介して定電圧電源２８が接続されている。すなわち、第
１強磁性体層１４と第２強磁性体層１６との間に、抵抗
２６および定電圧電源２８が例えば導線により接続され
ている。また、ＴＭＲ素子１０ａおよび抵抗２６間の導
線中に電極を設けてあり、出力端子３０としてある。

【００６２】図６は、ＴＭＲ素子１０ａの磁気トンネリ
ング特性を示すグラフである。グラフの横軸は、ＴＭＲ
素子１０ａに印加される磁界の強度である。磁界はエル
ステッド（Ｏｅ）単位で表し、−４０Ｏｅから４０Ｏｅ
の範囲を１０Ｏｅごとに目盛って示してある。尚、磁界
の正負は、第１強磁性体層１４の磁化の向きを基準にし
て定めてある。

【００６３】また、グラフの縦軸は、ＴＭＲ素子１０ａ
の電気抵抗値の増加率を示す。この増加率を％表示で示
し、０．０％〜３．５％の範囲を０．５％ごとに目盛っ
て示してある。この電気抵抗値は、第１強磁性体層１４
と第２強磁性体層１６との間の電気抵抗値に相当する。
抵抗の増加率は、第１強磁性体層１４の磁化の向きと第
２強磁性体層１６の磁化の向きとが同じときを基準すな
わち０％としてある。

【００６４】図６に示す測定結果は、第１強磁性体層１
４と第２強磁性体層１６との間に電圧を印加して得たも
のである。各測定データはグラフ中に白丸記号で示して
ある。測定の開始前に予め−５００Ｏｅ以下の磁界を印
加することにより、第１強磁性体層１４の磁化の向きを
固定する。そして、−４０Ｏｅから４０Ｏｅの範囲の低
磁界を印加しながら、電気抵抗を測定する。

【００６５】図６に示すように、ＴＭＲ素子１０ａの磁
気トンネリング特性はヒステリシス特性を示す。電気抵
抗は、２０Ｏｅ程度の大きさの磁界が印加されるとき
に、低抵抗状態（０．２％程度）から高抵抗状態（３．
２％程度）へと変化する。また、−１０Ｏｅ程度の大き
さの磁界が印加されるときに、高抵抗状態から低抵抗状
態へと変化する。

【００６６】以上説明したように、ＴＭＲ素子１０ａ
は、印加される磁界に応じて電気抵抗が変化する。そし
て、このＴＭＲ素子１０ａを利用した電圧制御デバイス
によれば、非磁性金属層１８を具えており、この非磁性
金属層１８に電気信号を入力して磁界を発生させ、第２
強磁性体層１６の磁化を制御する。上述したように、第
２強磁性体層１６の磁化方向に応じて、第１強磁性体層
１４および第２強磁性体層１６間の抵抗が変化するた
め、第１強磁性体層１４および第２強磁性体層１６間の
電圧を制御することができる。

【００６７】この第２の実施の形態の電圧制御デバイス
の動作は、第１の実施の形態の電圧制御デバイスの動作
と同様であるから説明を省略する。上述したように、こ
の構成例の場合には反強磁性体層が不要であるから、比
較的作製が容易であるという利点がある。

【００６８】〔第３の実施の形態〕次に、第３の実施の
形態について説明する。この構成例の特徴は、第１の実
施の形態で説明したＴＭＲ素子にバイアス電流層を設け
た点にある。第１の実施の形態と重複する構成について
は説明を省略する場合がある。

【００６９】図７は、電圧制御デバイスの第３構成を示
す図である。図７（Ａ）は、電圧制御デバイスの構成を
示す斜視図であり、図７（Ｂ）は、電圧制御デバイスの
平面構成を示す平面図である。

【００７０】上述したように、この構成例では、バイア
ス電流層４０をＴＭＲ素子１０に設けてある。このバイ
アス電流層４０は、交流電流（バイアス電流）を流すこ
とにより、第２強磁性体層１６の磁化の方向に沿って印
加される交流磁界（バイアス磁界）を発生させるための
膜体である。このバイアス電流層４０は、絶縁体層４２
を介して第２強磁性体層１６の上に堆積している。この
バイアス電流層４０には交流電源４４が接続されてお
り、これにより動作時にバイアス電流が流される。この
実施の形態では、バイアス電流層４０は、１．０μｍの
膜厚のＣｕ層である。また、絶縁体層４２は、１．０μ
ｍの膜厚のＡｌ₂ Ｏ₃ 層である。

【００７１】尚、ＴＭＲ素子１０の構成は、第１の実施
の形態で説明した通りである。また、ＴＭＲ素子１０の
磁気トンネリング特性は図２に示した通りである。その
他の構成も図１に示すものと同様である。

【００７２】次に、電圧制御デバイスの動作につき、図
８および図９を参照して説明する。図８は、磁気トンネ
リング特性とバイアス磁界との関係を示すグラフであ
る。図９は、入出力信号およびバイアス電流の様子を示
すグラフである。

【００７３】図８に示す磁気トンネリング特性ａは、図
２に示したものを概略化したものに相当する。グラフの
横軸は、ＴＭＲ素子１０に印加される磁界の強度を表
す。グラフの縦軸は、ＴＭＲ素子１０の電気抵抗値を表
す。ＴＭＲ素子１０は、印加磁界がＨｒになると低抵抗
Ｒｌｏｗの状態から高抵抗Ｒｈｉｇｈの状態へと変化
し、印加磁界が−Ｈｆになると高抵抗Ｒｈｉｇｈの状態
から低抵抗Ｒｌｏｗの状態へと変化する。バイアス電流
層４０に流すバイアス電流の大きさは、これにより発生
するバイアス磁界が−Ｈｆよりも大きく、かつＨｒより
も小さい範囲の磁界となるように、設定される。従っ
て、バイアス磁界だけで第２強磁性体層１６の磁化が変
化することはない。しかし、バイアス磁界の最大値がＨ
ｒに近い値となるようにし、バイアス磁界の最小値が−
Ｈｆに近い値となるように、バイアス電流の値を定める
のが好適である。

【００７４】尚、高抵抗状態および低抵抗状態のそれぞ
れにおけるＴＭＲ素子１０の磁化の様子は、図３に示し
た通りである。

【００７５】図９の上側には、入力端子２２に印加され
る入力電圧の様子（実線ａで示す波形）が示されてい
る。入力電圧はパルス波形を示す。この入力電圧の印加
に対応した電流が非磁性金属層１８に入力される。入力
電圧のパルス波形の正負は、非磁性金属層１８に流れる
電流により発生する磁界が第２強磁性体層１６中におい
て第１強磁性体層１４の磁化と同じ向きになる場合を正
とし、非磁性金属層１８に流れる電流により発生する磁
界が第２強磁性体層１６中において第１強磁性体層１４
の磁化と逆の向きになる場合を負とする。

【００７６】図９の中間には、バイアス電流層４０に流
れるバイアス電流の様子（実線ｂで示す波形）が示され
ている。図示のように、バイアス電流は、一定の繰り返
し周期で変動する交流電流である。尚、バイアス磁界と
第１強磁性体層１４の磁化とが逆の向きのときのバイア
ス電流の符号を正とし、バイアス磁界と第１強磁性体層
１４の磁化とが同じ向きのときのバイアス電流の符号を
負と定める。

【００７７】図９の下側には、出力端子３０から検出さ
れる出力電圧の様子（実線ｃで示す波形）が示されてい
る。出力電圧は入力電圧およびバイアス電流の正負に応
じて変化する。入力端子２２に正の入力電圧が印加し、
かつ、バイアス電流層４０に正のバイアス電流が流れる
とき、ＴＭＲ素子１０は低抵抗状態となる。従って、第
１強磁性体層１４および第２強磁性体層１６間の抵抗が
低下して、出力電圧が低電圧状態（ロー状態）となる。
一方、入力端子２２に負の入力電圧が印加し、かつ、バ
イアス電流層４０に負のバイアス電流が流れるとき、Ｔ
ＭＲ素子１０は高抵抗状態となる。従って、第１強磁性
体層１４および第２強磁性体層１６間の抵抗が増加し
て、出力電圧が高電圧状態（ハイ状態）となる。

【００７８】このように、バイアス磁界を印加すること
により、微小な入力電気信号により比較的大きな電圧の
制御を行うことが可能である。上述した構成例では、±
１ｍＶの入力電圧に対して１００ｍＶの電圧制御を行う
ことができる。

【００７９】〔第４の実施の形態〕次に、第４の実施の
形態について説明する。この構成例の特徴は、第２の実
施の形態で説明したＴＭＲ素子にバイアス電流層を設け
た点にある。第２の実施の形態と重複する構成について
は説明を省略する場合がある。

【００８０】図１０は、電圧制御デバイスの第４構成を
示す図である。図１０（Ａ）は、電圧制御デバイスの構
成を示す斜視図であり、図１０（Ｂ）は、電圧制御デバ
イスの平面構成を示す平面図である。

【００８１】上述したように、この構成例では、バイア
ス電流層４０をＴＭＲ素子１０ａに設けてある。このバ
イアス電流層４０は、交流電流（バイアス電流）を流す
ことにより、第２強磁性体層１６の磁化の方向に沿って
印加される交流磁界（バイアス磁界）を発生させるため
の膜体である。このバイアス電流層４０は、絶縁体層４
２を介して第２強磁性体層１６の上に堆積している。こ
のバイアス電流層４０には交流電源４４が接続されてお
り、これにより動作時にバイアス電流が流される。この
実施の形態では、バイアス電流層４０は、１．０μｍの
膜厚のＣｕ層である。また、絶縁体層４２は、１．０μ
ｍの膜厚のＡｌ₂ Ｏ₃ 層である。

【００８２】尚、ＴＭＲ素子１０ａの構成は、第２の実
施の形態で説明した通りである。また、ＴＭＲ素子１０
ａの磁気トンネリング特性は図６に示した通りである。
その他の構成も図５に示すものと同様である。

【００８３】この第４の実施の形態の電圧制御デバイス
の動作は、第３の実施の形態の電圧制御デバイスの動作
と同様であるから説明を省略する。上述したように、こ
の構成例の場合には反強磁性体層が不要であるから、比
較的作製が容易であるという利点がある。しかも、バイ
アス磁界を印加することにより、微小な入力電気信号に
より比較的大きな電圧の制御を行うことが可能である。

【００８４】〔第５の実施の形態〕第５の実施の形態の
構成は、第１の実施の形態で説明したＴＭＲ素子にバイ
アス電流層を設けたものである。図１１は、電圧制御デ
バイスの第５構成を示す図である。図１１（Ａ）は、電
圧制御デバイスの構成を示す斜視図であり、図１１
（Ｂ）は、電圧制御デバイスの平面構成を示す平面図で
ある。

【００８５】第１の実施の形態で説明したように、ＴＭ
Ｒ素子１０は、絶縁体層１２によって分離された第１強
磁性体層１４および第２強磁性体層１６を含む構造を有
している。また、第１強磁性体層１４と接触するように
反強磁性体層２０が設けられている。そして、絶縁体層
１２中に非磁性金属層１８が挿入されており、絶縁体層
１２が２つの絶縁体層１２ａおよび１２ｂに分離されて
いる。バイアス電流層４０は、直接反強磁性体層２０の
上に堆積している。このバイアス電流層４０には交流電
源４４が接続されており、バイアス電流の印加が可能で
ある。図１１（Ａ）に示すように、第２強磁性体層１
６、絶縁体層１２ｂ、非磁性金属層１８、絶縁体層１２
ａ、第１強磁性体層１４、反強磁性体層２０およびバイ
アス電流層４０がこの順序で積層した構成が得られてい
る。

【００８６】このように、この実施の形態では、反強磁
性体層２０が絶縁性の層（ＮｉＯ層）であるため、この
層によりバイアス電流層４０とＴＭＲ素子１０との絶縁
分離が達成される。よって、新たに絶縁層を設ける必要
がないので、素子構成が簡略化される。

【００８７】尚、第３の実施の形態の構成（図７）の場
合は、第２強磁性体層１６がバイアス電流層４０と非磁
性金属層１８との間に位置しているのに対して、第５の
実施の形態の構成（図１１）の場合は、第２強磁性体層
１６、非磁性金属層１８およびバイアス電流層４０がこ
の順序で積層した構造となっている。従って、入出力信
号の対応関係が反転したものとなる。

【００８８】図１２は、入出力信号およびバイアス電流
の様子を示すグラフである。図１２の上側には、入力端
子２２に印加される入力電圧の様子（実線ａで示す波
形）が示されている。入力電圧はパルス波形を示す。こ
の入力電圧の印加に対応した電流が非磁性金属層１８に
入力される。入力電圧のパルス波形の正負は、非磁性金
属層１８に流れる電流により発生する磁界が第２強磁性
体層１６中において第１強磁性体層１４の磁化と同じ向
きになる場合を正とし、非磁性金属層１８に流れる電流
により発生する磁界が第２強磁性体層１６中において第
１強磁性体層１４の磁化と逆の向きになる場合を負とす
る。

【００８９】図１２の中間には、バイアス電流層４０に
流れるバイアス電流の様子（実線ｂで示す波形）が示さ
れている。図示のように、バイアス電流は、一定の繰り
返し周期で変動する交流電流である。尚、バイアス磁界
と第１強磁性体層１４の磁化とが逆の向きのときのバイ
アス電流の符号を正とし、バイアス磁界と第１強磁性体
層１４の磁化とが同じ向きのときのバイアス電流の符号
を負と定める。

【００９０】図１２の下側には、出力端子３０から検出
される出力電圧の様子（実線ｃで示す波形）が示されて
いる。出力電圧は入力電圧およびバイアス電流の正負に
応じて変化する。入力端子２２に正の入力電圧が印加
し、かつ、バイアス電流層４０に正のバイアス電流が流
れるとき、ＴＭＲ素子１０は高抵抗状態となる。従っ
て、第１強磁性体層１４および第２強磁性体層１６間の
抵抗が増加して、出力電圧が高電圧状態（ハイ状態）と
なる。一方、入力端子２２に負の入力電圧が印加し、か
つ、バイアス電流層４０に負のバイアス電流が流れると
き、ＴＭＲ素子１０は低抵抗状態となる。従って、第１
強磁性体層１４および第２強磁性体層１６間の抵抗が減
少して、出力電圧が低電圧状態（ロー状態）となる。

【００９１】以上の第１から第５の実施の形態では、電
圧制御デバイスを例にして磁気デバイスの説明を行った
が、これらの実施の形態の磁気デバイスは電流制御デバ
イスとしても応用できる。例えば、ＴＭＲ素子に抵抗を
介して定電圧電源を接続するのではなく、定電流電源を
直接接続すればよい。

【００９２】さらに、ＴＭＲ素子の構成材料は上記の例
に限られるものではない。例えば、強磁性体層の材料と
しては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはこれらの合金等を用
いることができる。反強磁性体層の材料としては、Ｎｉ
Ｍｎ、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＣｏＯ、α−Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等
を用いることができる。非磁性金属層の材料としては、
Ａｇ、Ａｌ等を用いることができる。絶縁体層の材料と
しては、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ 等を用いることができる。絶
縁性の反強磁性体層の材料としては、ＣｏＯ、α−Ｆｅ
₂ Ｏ₃ 等を用いることができる。

【００９３】以下の第６から第１０の実施の形態では、
巨大磁気抵抗効果素子を用いた電流制御デバイスを例に
して実施の形態の磁気デバイスの説明を行う。

【００９４】〔第６の実施の形態〕図１３は、電流制御
デバイスの第１構成を示す図である。図１３（Ｂ）は、
電流制御デバイスの平面構成を示す図であり、図１３
（Ａ）は、図１（Ｂ）のＩ−Ｉ線の位置で切った切り口
の断面を示す図である。

【００９５】この実施の形態の電流制御デバイスには、
巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子と略称す
る。）４６が用いられている。このＧＭＲ素子４６は、
非磁性金属層１８によって分離された第１強磁性体層１
４および第２強磁性体層１６を含む構造を有している。

【００９６】また、第１強磁性体層１４と接触するよう
に反強磁性体層２０が設けられている。この反強磁性体
層２０で発生する交換バイアス磁界により交換結合が生
じて、第１強磁性体層１４の磁化が１つの方向に固定さ
れる。一方、第２強磁性体層１６の磁化の方向は外部か
ら印加される磁界に応じて変化可能である。巨大磁気抵
抗効果により、ＧＭＲ素子４６の電気抵抗は、これら第
１強磁性体層１４および第２強磁性体層１６の各磁化方
向の相対的な角度に応じて異なる。従って、第２強磁性
体層１６の磁化により、上述の電気抵抗を制御すること
が可能である。

【００９７】以上説明したように、ＧＭＲ素子４６は、
反強磁性体層２０、第１強磁性体層１４、非磁性金属層
１８および第２強磁性体層１６がこの順序で積層した構
成を具えている。

【００９８】また、この実施の形態例の特徴的構成の一
つは、非磁性金属層１８が、ＧＭＲ素子４６を構成する
他の層に比較して抵抗値が低い材料で構成されている点
にある。このため、非磁性金属層１８に入力される電気
信号は、第１強磁性体層１４や第２強磁性体層１６に向
かって伝播されにくくなり、選択的に非磁性金属層１８
を通過するようになる。

【００９９】この例では、第１強磁性体層１４および第
２強磁性体層１６は共にＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層（以下、
ＮｉＦｅＣｏ層と略称する。）である。また、非磁性金
属層１８はＣｕ層であり、反強磁性体層２０はＮｉＯ層
である。これらＮｉＦｅＣｏ層、Ｃｕ層、ＮｉＯ層はス
パッタ法により形成する。各層の厚さは、例えば、Ｎｉ
ＦｅＣｏ層１４が２．０ｎｍ、ＮｉＦｅＣｏ層１６が１
０．０ｎｍ、Ｃｕ層１８が１０．０ｎｍ、ＮｉＯ層２０
が２７．０ｎｍである。各層の堆積を行った後、フォト
リソグラフィ法による微細加工を行い、各層の平面形状
が１μｍ×０．５μｍの長方形形状となるように整形す
る（図１（Ｂ））。このとき、第１強磁性体層１４およ
び第２強磁性体層１６の磁化容易軸の方向が長辺方向
（長さ１μｍの辺が延在する方向であり、図中のａ方向
に相当する。）と一致するように、微細加工を行ってい
る。

【０１００】図１４は、ＧＭＲ素子４６の巨大磁気抵抗
効果特性を示すグラフである。グラフの横軸は、ＧＭＲ
素子４６に印加される磁界の強度である。磁界はエルス
テッド（Ｏｅ）単位で表し、−４０Ｏｅから４０Ｏｅの
範囲を１０Ｏｅごとに目盛って示してある。尚、磁界の
正負は、第１強磁性体層１４の磁化の向きを基準にして
定めてある。

【０１０１】また、グラフの縦軸は、ＧＭＲ素子４６の
電気抵抗値の増加率を示す。この増加率を％表示で示
し、０．０％〜２．５％の範囲を０．５％ごとに目盛っ
て示してある。抵抗の増加率は、第１強磁性体層１４の
磁化の向きと第２強磁性体層１６の磁化の向きとが同じ
ときを基準すなわち０％としてある。

【０１０２】図１４に示す測定結果は、直流４端子法に
より得たものである。ここでは、第２強磁性体層１６上
の２点間に電圧を印加して測定を行っている。各測定デ
ータはグラフ中に白丸記号で示してある。測定の開始前
に予め−５００Ｏｅ以下の磁界を印加することにより、
第１強磁性体層１４の磁化の向きを固定する。そして、
−４０Ｏｅから４０Ｏｅの範囲の低磁界を印加しなが
ら、電気抵抗を測定する。

【０１０３】図１４に示すように、ＧＭＲ素子４６の巨
大磁気抵抗効果特性はヒステリシス特性を示す。電気抵
抗は、２０Ｏｅ程度の大きさの磁界が印加されるとき
に、低抵抗状態（０．１％程度）から高抵抗状態（２．
２％程度）へと変化する。また、−２０Ｏｅ程度の大き
さの磁界が印加されるときに、高抵抗状態から低抵抗状
態へと変化する。

【０１０４】以上説明したように、ＧＭＲ素子４６は、
印加される磁界に応じて電気抵抗が変化する。そして、
このＧＭＲ素子４６を利用した電流制御デバイスによれ
ば、非磁性金属層１８を具えており、この非磁性金属層
１８に電気信号を入力して磁界を発生させ、第２強磁性
体層１６の磁化を制御する。上述したように、第２強磁
性体層１６の磁化方向に応じて、ＧＭＲ素子４６の抵抗
が変化するため、ＧＭＲ素子４６中に流れる電流を制御
することができる。

【０１０５】このため、非磁性金属層１８に電気信号を
入力するための電極として、入力端子２２およびグラン
ド端子２４が設けられている（図１３）。これらの電極
は、非磁性金属層１８に入力する電流が短辺方向（長さ
０．５μｍの辺が延在する方向であり、図中のｂ方向に
相当する。）に流れるように設けられる。この結果、非
磁性金属層１８を流れる電流により発生する磁界の方向
は、第２強磁性体層１６中においてその磁化容易軸に沿
った方向（ａ方向）となる。従って、非磁性金属層１８
中に流れる電流の向きを変えれば、それに応じて、第２
強磁性体層１６の磁化の向きが反転するように構成され
る。

【０１０６】また、ＧＭＲ素子４６には定電圧電源２８
が接続されている。すなわち、第２強磁性体層１６の第
１の端部と定電圧電源２８との間、および第２強磁性体
層１６の第２の端部と定電圧電源２８との間が、それぞ
れ例えば導線により接続されている。第１の端部と第２
の端部とは長辺方向（ａ方向）に亘り離間した位置であ
る。従って、定電圧電源２８により印加される電流は、
第２強磁性体層１６の磁化容易軸に沿った方向に流れる
ように構成される。また、ＧＭＲ素子４６および定電圧
電源２８間の導線中に電極を設けてあり、出力端子３０
としてある。

【０１０７】次に、電流制御デバイスの動作につき、図
１５および図１６を参照して説明する。図１５は、動作
時の磁化の様子を示す斜視図である。図１６は、入出力
信号の様子を示すグラフである。

【０１０８】図１５（Ａ）には、ＧＭＲ素子４６が低抵
抗状態の場合の磁化の様子が示されている。このとき、
第１強磁性体層１４の磁化３２の向きと第２強磁性体層
１６の磁化３４の向きとが一致している（この状態を平
行状態と称する。）。非磁性金属層１８に入力した電気
信号３６は、図中の左側から右側に向かって流れる。電
流の流れる向きに対して時計回りの方向に磁界３８が発
生し、第２強磁性体層１６の磁化３４を第１強磁性体層
１４の磁化３２と同じ向きに揃える。

【０１０９】図１５（Ｂ）には、ＧＭＲ素子４６が高抵
抗状態の場合の磁化の様子が示されている。このとき、
第１強磁性体層１４の磁化３２の向きと第２強磁性体層
１６の磁化３４の向きとが逆転した関係になっている
（この状態を反平行状態と称する。）。非磁性金属層１
８に入力した電気信号３６は、図中の右側から左側に向
かって流れる。電流の流れる向きに対して時計回りの方
向に磁界３８が発生し、第２強磁性体層１６の磁化３４
を第１強磁性体層１４の磁化３２に対して逆の向きにす
る。

【０１１０】図１６の上側には、入力端子２２に印加さ
れる入力電流の様子（実線ａで示す波形）が示されてい
る。入力電流は、第２強磁性体層１６の磁化を制御可能
な大きさのパルス波形を示す。この入力電流が、上述の
電気信号として非磁性金属層１８に入力される。入力電
流のパルス波形の正負は、ＧＭＲ素子４６が低抵抗状態
となる場合（図１５（Ａ）の場合）を正とし、ＧＭＲ素
子４６が高抵抗状態となる場合（図１５（Ｂ）の場合）
を負としてある。すなわち、非磁性金属層１８に流れる
電流により発生する磁界が第２強磁性体層１６中におい
て第１強磁性体層１４の磁化と同じ向きになる場合を正
とし、非磁性金属層１８に流れる電流により発生する磁
界が第２強磁性体層１６中において第１強磁性体層１４
の磁化と逆の向きになる場合を負とする。

【０１１１】図１６の下側には、出力端子３０から検出
される出力電流の様子（実線ｂで示す波形）が示されて
いる。出力電流は入力電流の正負に応じて変化する。入
力端子２２に正の入力電流が印加されると、ＧＭＲ素子
４６は低抵抗状態となる。従って、ＧＭＲ素子４６の抵
抗が低下して、出力電流は高電流状態（ハイ状態）とな
る。一方、入力端子２２に負の入力電流が印加される
と、ＧＭＲ素子４６は高抵抗状態となる。従って、ＧＭ
Ｒ素子４６の抵抗が増加して、出力電流は低電流状態
（ロー状態）となる。

【０１１２】尚、定電圧電源２８によりＧＭＲ素子４６
に流れる電流は、非磁性金属層１８を流れる電流と直交
する方向に流れる。従って、これらの電流により発生す
る磁界の方向も互いに直交した関係となり、この定電圧
電源２８により駆動される電流が電流制御デバイスの動
作に影響を与えることはない。

【０１１３】以上説明したように、この実施の形態の電
流制御デバイスによれば、入力電気信号により電流制御
を行うことが可能である。上述した構成例では、±１ｍ
Ａの入力電流に対して１０ｍＡの電流制御を行うことが
できる。このように、比較的簡単な素子構成であるが、
微小電気信号に応じて比較的大きな電流の制御が可能で
ある。

【０１１４】〔第７の実施の形態〕次に、第７の実施の
形態について説明する。第６の実施の形態と重複する構
成については説明を省略する場合がある。

【０１１５】図１７は、電流制御デバイスの第２構成を
示す図である。図１７（Ｂ）は、電流制御デバイスの平
面構成を示す図であり、図１７（Ａ）は、図１７（Ｂ）
のＩ−Ｉ線の位置で切った切り口の断面を示す図であ
る。

【０１１６】この実施の形態の電流制御デバイスには、
ＧＭＲ素子４６ａが用いられる。ＧＭＲ素子４６ａは、
非磁性金属層１８によって分離された第１強磁性体層１
４および第２強磁性体層１６を含む構造を有している。
図１７（Ａ）に示すように、ＧＭＲ素子４６ａは、第１
強磁性体層１４、非磁性金属層１８および第２強磁性体
層１６がこの順序で積層した構造を具えている。

【０１１７】また、第１強磁性体層１４の保磁力を、第
２強磁性体層１６の保磁力よりも大きくしてある。この
例では、第１強磁性体層１４は、６．０ｎｍの膜厚のＣ
ｏ層である。また、第２強磁性体層１６は、１０．０ｎ
ｍの膜厚のＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層である。このように、
第１強磁性体層１４と第２強磁性体層１６とを異なる材
料で構成し、各々の保磁力が互いに異なるように設計し
てある。よって、第１強磁性体層１４の磁化の向きは一
方向に固定され、外部磁界に応じて第２強磁性体層１６
の磁化だけが自在に向きを変えるように構成することが
できる。

【０１１８】また、非磁性金属層１８は、１０．０ｎｍ
の膜厚のＣｕ層である。これらＮｉＦｅＣｏ層、Ｃｏ
層、Ｃｕ層はスパッタ法により形成する。第６の実施の
形態と同様に、各層の堆積を行った後に、フォトリソグ
ラフィ法による微細加工を行い、各層の平面形状が１μ
ｍ×０．５μｍの長方形形状となるように整形する（図
１７（Ｂ））。このとき、第１強磁性体層１４および第
２強磁性体層１６の磁化容易軸の方向が長辺方向（長さ
１μｍの辺が延在する方向であり、図中のａ方向に相当
する。）と一致するように、微細加工を行っている。

【０１１９】そして、非磁性金属層１８に電気信号を入
力するための電極として、入力端子２２およびグランド
端子２４が設けられている（図１７）。これらの電極
は、非磁性金属層１８に入力する電流が短辺方向（長さ
０．５μｍの辺が延在する方向であり、図中のｂ方向に
相当する。）に流れるように設けられる。この結果、非
磁性金属層１８を流れる電流により発生する磁界の方向
は、第２強磁性体層１６中においてその磁化容易軸に沿
った方向（ａ方向）となる。

【０１２０】また、ＧＭＲ素子４６ａには定電圧電源２
８が例えば導線により接続されている。さらに、ＧＭＲ
素子４６ａおよび定電圧電源２８間の導線中に電極を設
けてあり、出力端子３０としてある。

【０１２１】図１８は、ＧＭＲ素子４６の巨大磁気抵抗
効果特性を示すグラフである。グラフの横軸は、ＧＭＲ
素子４６ａに印加される磁界の強度である。磁界はエル
ステッド（Ｏｅ）単位で表し、−４０Ｏｅから４０Ｏｅ
の範囲を１０Ｏｅごとに目盛って示してある。尚、磁界
の正負は、第１強磁性体層１４の磁化の向きを基準にし
て定めてある。

【０１２２】また、グラフの縦軸は、ＧＭＲ素子４６ａ
の電気抵抗値の増加率を示す。この増加率を％表示で示
し、０．０％〜４．０％の範囲を０．５％ごとに目盛っ
て示してある。抵抗の増加率は、第１強磁性体層１４の
磁化の向きと第２強磁性体層１６の磁化の向きとが同じ
ときを基準すなわち０％としてある。

【０１２３】図１８に示す測定結果は、直流４端子法に
より得たものである。各測定データはグラフ中に白丸記
号で示してある。測定の開始前に予め−５００Ｏｅ以下
の磁界を印加することにより、第１強磁性体層１４の磁
化の向きを固定する。そして、−４０Ｏｅから４０Ｏｅ
の範囲の低磁界を印加しながら、電気抵抗を測定する。

【０１２４】図１８に示すように、ＧＭＲ素子４６ａの
巨大磁気抵抗効果特性はヒステリシス特性を示す。電気
抵抗は、２０Ｏｅ程度の大きさの磁界が印加されるとき
に、低抵抗状態（０．１％程度）から高抵抗状態（３．
６％程度）へと変化する。また、−１０Ｏｅ程度の大き
さの磁界が印加されるときに、高抵抗状態から低抵抗状
態へと変化する。

【０１２５】以上説明したように、ＧＭＲ素子４６ａ
は、印加される磁界に応じて電気抵抗が変化する。そし
て、このＧＭＲ素子４６ａを利用した電流制御デバイス
によれば、非磁性金属層１８を具えており、この非磁性
金属層１８に電気信号を入力して磁界を発生させ、第２
強磁性体層１６の磁化を制御する。上述したように、第
２強磁性体層１６の磁化方向に応じて、ＧＭＲ素子４６
ａの抵抗が変化するため、ＧＭＲ素子４６ａを流れる電
流を制御することができる。

【０１２６】この第７の実施の形態の電流制御デバイス
の動作は、第６の実施の形態の電流制御デバイスの動作
と同様であるから説明を省略する。上述したように、こ
の構成例の場合には反強磁性体層が不要であるから、比
較的作製が容易であるという利点がある。

【０１２７】〔第８の実施の形態〕次に、第８の実施の
形態について説明する。この構成例の特徴は、第６の実
施の形態で説明したＧＭＲ素子にバイアス電流層を設け
た点にある。第６の実施の形態と重複する構成について
は説明を省略する場合がある。

【０１２８】図１９は、電流制御デバイスの第３構成を
示す図である。図１９（Ａ）は、電流制御デバイスの構
成を示す斜視図であり、図１９（Ｂ）は、電流制御デバ
イスの平面構成を示す平面図である（バイアス電流層４
０、絶縁体層４２を除く。）。

【０１２９】上述したように、この構成例では、バイア
ス電流層４０をＧＭＲ素子４６に設けてある。このバイ
アス電流層４０は、交流電流（バイアス電流）を流すこ
とにより、第２強磁性体層１６の磁化の方向に沿って印
加される交流磁界（バイアス磁界）を発生させるための
膜体である。このバイアス電流層４０は、絶縁体層４２
を介して第２強磁性体層１６の上に堆積している。この
バイアス電流層４０には交流電源４４が接続されてお
り、これにより動作時にバイアス電流が流される。この
実施の形態では、バイアス電流層４０は、１．０μｍの
膜厚のＣｕ層である。また、絶縁体層４２は、１．０μ
ｍの膜厚のＳｉＯ₂ 層である。

【０１３０】尚、ＧＭＲ素子４６の構成は、第６の実施
の形態で説明した通りである。また、ＧＭＲ素子４６の
巨大磁気抵抗効果特性は図１４に示した通りである。そ
の他の構成も図１３に示すものと同様である。

【０１３１】次に、電流制御デバイスの動作につき、図
２０および図２１を参照して説明する。図２０は、巨大
磁気抵抗効果特性とバイアス磁界との関係を示すグラフ
である。図２１は、入出力信号およびバイアス電流の様
子を示すグラフである。

【０１３２】図２０に示す巨大磁気抵抗効果特性ａは、
図１４に示したものを概略化したものに相当する。グラ
フの横軸は、ＧＭＲ素子４６に印加される磁界の強度を
表す。グラフの縦軸は、ＧＭＲ素子４６の電気抵抗値を
表す。ＧＭＲ素子４６は、印加磁界がＨｒになると低抵
抗Ｒｌｏｗの状態から高抵抗Ｒｈｉｇｈの状態へと変化
し、印加磁界が−Ｈｆになると高抵抗Ｒｈｉｇｈの状態
から低抵抗Ｒｌｏｗの状態へと変化する。バイアス電流
層４０に流すバイアス電流の大きさは、これにより発生
するバイアス磁界が−Ｈｆよりも大きく、かつＨｒより
も小さい範囲の磁界となるように、設定される。従っ
て、バイアス磁界だけで第２強磁性体層１６の磁化が変
化することはない。しかし、バイアス磁界の最大値がＨ
ｒに近い値となるようにし、バイアス磁界の最小値が−
Ｈｆに近い値となるように、バイアス電流の値を定める
のが好適である。

【０１３３】尚、高抵抗状態および低抵抗状態のそれぞ
れにおけるＧＭＲ素子４６の磁化の様子は、図１５に示
した通りである。

【０１３４】図２１の上側には、入力端子２２に印加さ
れる入力電流の様子（実線ａで示す波形）が示されてい
る。入力電流はパルス波形を示す。この入力電流が非磁
性金属層１８に入力される。入力電流のパルス波形の正
負は、非磁性金属層１８に流れる電流により発生する磁
界が第２強磁性体層１６中において第１強磁性体層１４
の磁化と同じ向きになる場合を正とし、非磁性金属層１
８に流れる電流により発生する磁界が第２強磁性体層１
６中において第１強磁性体層１４の磁化と逆の向きにな
る場合を負とする。

【０１３５】図２１の中間には、バイアス電流層４０に
流れるバイアス電流の様子（実線ｂで示す波形）が示さ
れている。図示のように、バイアス電流は、一定の繰り
返し周期で変動する交流電流である。尚、バイアス磁界
と第１強磁性体層１４の磁化とが逆の向きのときのバイ
アス電流の符号を正とし、バイアス磁界と第１強磁性体
層１４の磁化とが同じ向きのときのバイアス電流の符号
を負と定める。

【０１３６】図２１の下側には、出力端子３０から検出
される出力電流の様子（実線ｃで示す波形）が示されて
いる。出力電流は入力電流およびバイアス電流の正負に
応じて変化する。入力端子２２に正の入力電流が印加
し、かつ、バイアス電流層４０に正のバイアス電流が流
れるとき、ＧＭＲ素子４６は低抵抗状態となる。従っ
て、ＧＭＲ素子４６の抵抗が低下して、出力電流が高電
流状態（ハイ状態）となる。一方、入力端子２２に負の
入力電流が印加し、かつ、バイアス電流層４０に負のバ
イアス電流が流れるとき、ＧＭＲ素子４６は高抵抗状態
となる。従って、ＧＭＲ素子４６の抵抗が増加して、出
力電流が低電流状態（ロー状態）となる。

【０１３７】このように、バイアス磁界を印加すること
により、微小な入力電気信号により比較的大きな電流の
制御を行うことが可能である。上述した構成例では、±
０．１ｍＡの入力電流に対して１０ｍＡの電流制御を行
うことができる。

【０１３８】〔第９の実施の形態〕次に、第９の実施の
形態について説明する。この構成例の特徴は、第７の実
施の形態で説明したＧＭＲ素子にバイアス電流層を設け
た点にある。第７の実施の形態と重複する構成について
は説明を省略する場合がある。

【０１３９】図２２は、電流制御デバイスの第４構成を
示す図である。図２２（Ａ）は、電流制御デバイスの構
成を示す斜視図であり、図２２（Ｂ）は、電流制御デバ
イスの平面構成を示す平面図である（バイアス電流層４
０、絶縁体層４２を除く。）。

【０１４０】上述したように、この構成例では、バイア
ス電流層４０をＧＭＲ素子４６ａに設けてある。このバ
イアス電流層４０は、交流電流（バイアス電流）を流す
ことにより、第２強磁性体層１６の磁化の方向に沿って
印加される交流磁界（バイアス磁界）を発生させるため
の膜体である。このバイアス電流層４０は、絶縁体層４
２を介して第２強磁性体層１６の上に堆積している。こ
のバイアス電流層４０には交流電源４４が接続されてお
り、これにより動作時にバイアス電流が流される。この
実施の形態では、バイアス電流層４０は、１．０μｍの
膜厚のＣｕ層である。また、絶縁体層４２は、１．０μ
ｍの膜厚のＳｉＯ₂ 層である。

【０１４１】尚、ＧＭＲ素子４６ａの構成は、第７の実
施の形態で説明した通りである。また、ＧＭＲ素子４６
ａの巨大磁気抵抗効果特性は図１８に示した通りであ
る。その他の構成も図１７に示すものと同様である。

【０１４２】この第９の実施の形態の電流制御デバイス
の動作は、第８の実施の形態の電流制御デバイスの動作
と同様であるから説明を省略する。上述したように、こ
の構成例の場合には反強磁性体層が不要であるから、比
較的作製が容易であるという利点がある。しかも、バイ
アス磁界を印加することにより、微小な入力電気信号に
より比較的大きな電流の制御を行うことが可能である。

【０１４３】〔第１０の実施の形態〕第１０の実施の形
態の構成は、第６の実施の形態で説明したＧＭＲ素子に
バイアス電流層を設けたものである。図２３は、電流制
御デバイスの第５構成を示す図である。図２３（Ａ）
は、電流制御デバイスの構成を示す斜視図であり、図２
３（Ｂ）は、電流制御デバイスの平面構成を示す平面図
である（バイアス電流層４０、反強磁性体層２０を除
く。）。

【０１４４】第６の実施の形態で説明したように、ＧＭ
Ｒ素子４６は、非磁性金属層１８によって分離された第
１強磁性体層１４および第２強磁性体層１６を含む構造
を有している。また、第１強磁性体層１４と接触するよ
うに反強磁性体層２０が設けられている。そして、バイ
アス電流層４０は、直接反強磁性体層２０の上に堆積し
ている。このバイアス電流層４０には交流電源４４が接
続されており、バイアス電流の印加が可能である。図２
３（Ａ）に示すように、第２強磁性体層１６、非磁性金
属層１８、第１強磁性体層１４、反強磁性体層２０およ
びバイアス電流層４０がこの順序で積層した構成が得ら
れている。

【０１４５】このように、この実施の形態では、反強磁
性体層２０が絶縁性の層（ＮｉＯ層）であるため、この
層によりバイアス電流層４０とＧＭＲ素子４６との絶縁
分離が達成される。よって、新たに絶縁層を設ける必要
がないので、素子構成が簡略化される。

【０１４６】尚、第８の実施の形態の構成（図１９）の
場合は、第２強磁性体層１６がバイアス電流層４０と非
磁性金属層１８との間に位置しているのに対して、第１
０の実施の形態の構成（図２３）の場合は、第２強磁性
体層１６、非磁性金属層１８およびバイアス電流層４０
がこの順序で積層した構造となっている。従って、入出
力信号の対応関係が反転したものとなる。

【０１４７】図２４は、入出力信号およびバイアス電流
の様子を示すグラフである。図２４の上側には、入力端
子２２に印加される入力電流の様子（実線ａで示す波
形）が示されている。入力電流はパルス波形を示す。こ
の入力電流が非磁性金属層１８に入力される。入力電流
のパルス波形の正負は、非磁性金属層１８に流れる電流
により発生する磁界が第２強磁性体層１６中において第
１強磁性体層１４の磁化と同じ向きになる場合を正と
し、非磁性金属層１８に流れる電流により発生する磁界
が第２強磁性体層１６中において第１強磁性体層１４の
磁化と逆の向きになる場合を負とする。

【０１４８】図２４の中間には、バイアス電流層４０に
流れるバイアス電流の様子（実線ｂで示す波形）が示さ
れている。図示のように、バイアス電流は、一定の繰り
返し周期で変動する交流電流である。尚、バイアス磁界
と第１強磁性体層１４の磁化とが逆の向きのときのバイ
アス電流の符号を正とし、バイアス磁界と第１強磁性体
層１４の磁化とが同じ向きのときのバイアス電流の符号
を負と定める。

【０１４９】図２４の下側には、出力端子３０から検出
される出力電流の様子（実線ｃで示す波形）が示されて
いる。出力電流は入力電流およびバイアス電流の正負に
応じて変化する。入力端子２２に正の入力電流が印加
し、かつ、バイアス電流層４０に正のバイアス電流が流
れるとき、ＧＭＲ素子４６は高抵抗状態となる。従っ
て、ＧＭＲ素子４６の抵抗が増加して、出力電流が低電
流状態（ロー状態）となる。一方、入力端子２２に負の
入力電流が印加し、かつ、バイアス電流層４０に負のバ
イアス電流が流れるとき、ＧＭＲ素子４６は低抵抗状態
となる。従って、ＧＭＲ素子４６の抵抗が減少して、出
力電流が高電流状態（ハイ状態）となる。

【０１５０】以上の第６から第１０の実施の形態では、
電流制御デバイスを例にして磁気デバイスの説明を行っ
たが、これらの実施の形態の磁気デバイスは電圧制御デ
バイスとしても応用できる。例えば、ＧＭＲ素子に接続
された定電圧電源を定電流電源に変えることにより、電
圧制御デバイスを構成することも可能である。

【０１５１】さらに、ＧＭＲ素子の構成材料は上記の例
に限られるものではない。例えば、強磁性体層の材料と
しては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはこれらの合金等を用
いることができる。反強磁性体層の材料としては、Ｎｉ
Ｍｎ、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＣｏＯ、α−Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等
を用いることができる。非磁性金属層の材料としては、
Ａｇ、Ａｌ等を用いることができる（但し、他の層に比
べて低抵抗のものを用いる。）。絶縁体層の材料として
は、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ 等を用いることができる。絶縁性
の反強磁性体層の材料としては、ＣｏＯ、α−Ｆｅ₂ Ｏ
₃ 等を用いることができる。

【０１５２】

【発明の効果】この発明の磁気デバイスによれば、磁気
トンネル効果素子を用いた磁気デバイスであって、この
磁気トンネル効果素子は、絶縁体層によって分離された
第１および第２強磁性体層を含み、絶縁体層中に非磁性
金属層が挿入されており、この非磁性金属層を流れる電
気信号により磁界を発生させ、その磁界により第２強磁
性体層の磁化を制御する。第１強磁性体層の磁化は固定
されているので、電気信号に応じて第１および第２強磁
性体層間の電気抵抗が変化する。従って、この磁気デバ
イスによれば、第１および第２強磁性体層間の電圧ある
いは電流を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電圧制御デバイスの第１構成を示す図である。

【図２】ＴＭＲ素子の磁気トンネリング特性を示す図で
ある。

【図３】動作時の磁化の様子を示す図である。

【図４】入出力信号の様子を示す図である。

【図５】電圧制御デバイスの第２構成を示す図である。

【図６】ＴＭＲ素子の磁気トンネリング特性を示す図で
ある。

【図７】電圧制御デバイスの第３構成を示す図である。

【図８】磁気トンネリング特性とバイアス磁界との関係
を示す図である。

【図９】入出力信号およびバイアス電流の様子を示す図
である。

【図１０】電圧制御デバイスの第４構成を示す図であ
る。

【図１１】電圧制御デバイスの第５構成を示す図であ
る。

【図１２】入出力信号およびバイアス電流の様子を示す
図である。

【図１３】電流制御デバイスの第１構成を示す図であ
る。

【図１４】ＧＭＲ素子の巨大磁気抵抗効果特性を示す図
である。

【図１５】動作時の磁化の様子を示す図である。

【図１６】入出力信号の様子を示す図である。

【図１７】電流制御デバイスの第２構成を示す図であ
る。

【図１８】ＧＭＲ素子の巨大磁気抵抗効果特性を示す図
である。

【図１９】電流制御デバイスの第３構成を示す図であ
る。

【図２０】巨大磁気抵抗効果特性とバイアス磁界との関
係を示す図である。

【図２１】入出力信号およびバイアス電流の様子を示す
図である。

【図２２】電流制御デバイスの第４構成を示す図であ
る。

【図２３】電流制御デバイスの第５構成を示す図であ
る。

【図２４】入出力信号およびバイアス電流の様子を示す
図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ：ＴＭＲ素子１２，１２ａ，１２ｂ：絶縁体層１４：第１強磁性体層１６：第２強磁性体層１８：非磁性金属層２０：反強磁性体層２２：入力端子２４：グランド端子２６：抵抗２８：定電圧電源３０：出力端子３２，３４：磁化３６：電気信号３８：磁界４０：バイアス電流層４２：絶縁体層４４：交流電源４６，４６ａ：ＧＭＲ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気トンネル効果素子を用いた磁気デバ
イスであって、該磁気トンネル効果素子は、絶縁体層によって分離され
た第１および第２強磁性体層を含み、該第１強磁性体層
の磁化が１つの方向に固定され、前記第２強磁性体層の
磁化の方向が印加される磁界に応じて変化可能であり、
これら第１および第２強磁性体層の各磁化方向の相対的
な角度に応じて、これら第１および第２強磁性体層間が
異なる抵抗を示すものであり、前記絶縁体層中に非磁性金属層が挿入されており、該非磁性金属層を流れる電気信号により前記磁界を発生
させ、前記第１および第２強磁性体層間の電圧あるいは
電流を制御することを特徴とする磁気デバイス。
【請求項２】請求項１に記載の磁気デバイスにおい
て、前記電気信号により発生する磁界の方向が、前記第２強
磁性体層中において当該第２強磁性体層の磁化容易軸に
沿った方向であることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項３】請求項１に記載の磁気デバイスにおい
て、前記磁気トンネル効果素子は、交換バイアス磁界によっ
て、前記第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する反強
磁性体層を含むことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項４】請求項１に記載の磁気デバイスにおい
て、前記第１強磁性体層の保磁力が、前記第２強磁性体層の
保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項５】請求項１に記載の磁気デバイスにおい
て、前記磁気トンネル効果素子にバイアス電流層を設けてあ
り、該バイアス電流層に交流電流を印加するための交流電源
を具え、該交流電流により発生するバイアス磁界が前記第２強磁
性体層に印加されることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項６】請求項５に記載の磁気デバイスにおい
て、前記バイアス磁界は、前記第２強磁性体層中において当
該第２強磁性体層の磁化容易軸に沿った方向となり、か
つ、前記第１および第２強磁性体層の磁化に対して非影
響的な大きさであることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項７】請求項５に記載の磁気デバイスにおい
て、前記磁気トンネル効果素子は、交換バイアス磁界によっ
て、前記第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する反強
磁性体層を含むことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項８】請求項５に記載の磁気デバイスにおい
て、前記磁気トンネル効果素子は、交換バイアス磁界によっ
て、前記第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する絶縁
性の反強磁性体層を含むことを特徴とする磁気デバイ
ス。
【請求項９】請求項５に記載の磁気デバイスにおい
て、前記第１強磁性体層の保磁力が、前記第２強磁性体層の
保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１０】巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気デ
バイスであって、該巨大磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層によって分離
された第１および第２強磁性体層を含み、前記第１強磁
性体層の磁化が１つの方向に固定され、前記第２強磁性
体層の磁化の方向が印加される磁界に応じて変化可能で
あり、これら第１および第２強磁性体層の各磁化方向の
相対的な角度に応じて異なる抵抗値を示すものであり、前記非磁性金属層が、前記巨大磁気抵抗効果素子を構成
する他の層に比較して抵抗値が低い材料で構成されてお
り、該非磁性金属層を流れる電気信号により前記磁界を発生
させ、前記巨大磁気抵抗効果素子に印加される電流ある
いは電圧を制御することを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１１】請求項１０に記載の磁気デバイスにお
いて、前記電気信号により発生する磁界の方向が、前記第２強
磁性体層中において当該第２強磁性体層の磁化容易軸に
沿った方向であることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１２】請求項１０に記載の磁気デバイスにお
いて、前記巨大磁気抵抗効果素子は、交換バイアス磁界によっ
て、前記第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する反強
磁性体層を含むことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１３】請求項１０に記載の磁気デバイスにお
いて、前記第１強磁性体層の保磁力が、前記第２強磁性体層の
保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１４】請求項１０に記載の磁気デバイスにお
いて、前記巨大磁気抵抗効果素子にバイアス電流層を設けてあ
り、該バイアス電流層に交流電流を印加するための交流電源
を具え、該交流電流により発生するバイアス磁界が前記第２強磁
性体層に印加されることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１５】請求項１４に記載の磁気デバイスにお
いて、前記バイアス磁界は、前記第２強磁性体層中において当
該第２強磁性体層の磁化容易軸に沿った方向となり、か
つ、前記第１および第２強磁性体層の磁化に対して非影
響的な大きさであることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１６】請求項１４に記載の磁気デバイスにお
いて、前記巨大磁気抵抗効果素子は、交換バイアス磁界によっ
て、前記第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する反強
磁性体層を含むことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項１７】請求項１４に記載の磁気デバイスにお
いて、前記巨大磁気抵抗効果素子は、交換バイアス磁界によっ
て、前記第１強磁性体層の磁化を一方向に固定する絶縁
性の反強磁性体層を含むことを特徴とする磁気デバイ
ス。
【請求項１８】請求項１４に記載の磁気デバイスにお
いて、前記第１強磁性体層の保磁力が、前記第２強磁性体層の
保磁力よりも大きいことを特徴とする磁気デバイス。